康明斯柴油發電機排放控制技術最新策略
發布時間：2025-11-04 點擊：21
康明斯柴油發電機排放控制技術最新策略
隨著經濟的發展，發電機組逐漸成為大氣排放污染物的主要來源，使得對柴油發電機排放的控制更為緊迫。因為柴油發電機排放出大量的微粒物質(pm)和氮氧化物(nox)，所以微粒物質和氮氧化物這兩種排放物的減少也成為柴油發電機排放控制的關鍵。主要目標是為了有效降低nox的排放，研究了電控egr系統總體構造、控制策略，建立了一套有效的egr控制系統，并在對同時降低nox和pm的方法進行了相關探討。 本文以電控技術和egr技術為基礎，根據多個工況的試驗，制取了egr最佳控制map圖，并通過試驗表明，egr電控系統和發動機相匹配良好，egr電控系統能夠在合理控制pm排放的基礎上切實有效的降低nox的排放，并且發動機的動力性和經濟性無明顯惡化。
根據柴油發電機的混合氣形成和燃燒特點，以及其有害排放物的產生機理，柴油發電機燃燒過程或有害排放物的控制策略主要體現在放熱規律的控制上，如圖6-8所示。從控制柴油發電機燃燒噪聲及nox排放物的角度而言，應盡可能降低預混合燃燒階段的放熱速率；而從改善動力性、經濟性及碳煙排放的角度而言，應提高擴散燃燒速度，由此縮短整個燃燒期間，使燃燒過程及時又完全。柴油發電機機內凈化的核心是對燃燒過程進行優化，使發動機達到混合均勻、燃燒充分、工作柔和、啟動可靠、排放較少的要求。采取機內凈化是治本之舉， 它是通過改進柴油發電機結構參數或者增加附加裝置來改善燃燒性能，進而達到減少 nox 排放的目的。所以，控制柴油發電機燃燒過程的主要措施如下：
放熱規律的控制策略
1、改進燃燒系統
改進燃燒系統指的是燃燒室的形狀、供油系統、進氣流動的最佳匹配。應保證在發動機整個工況范圍內，燃油在燃燒室中均勻分布，有合適的氣體流動，有合理的噴油規律。這一措施有可能同時實現降低pm和nox的排放的目的。如高壓共軌、泵噴油器等，噴射壓力高達100～250mpa，可實現預噴射和多段噴射，由此提高放熱規律的控制自由度，有效地限制預混合燃燒放熱率，促進擴散燃燒速率。
（1）電噴技術
采用電控制噴油泵、電控泵噴嘴、電子調速器、可變渦流系統、多氣門化和中央配置噴油器等措施，既可改善柴油發電機性能，又可降低柴油發電機尾氣排放物，尤其是顆粒pm物質的排放。防止機油串入燃燒室。由于柴油發電機排放顆粒狀物質的相當部分，是由串入燃燒室的機油的不完全燃燒造成的，所以應盡可能地減少串機油量。防止和減少機油串入燃燒室，應通過加強機體剛度，改善汽缸蓋與機體的連接，減少汽缸工作面的變形，改善活塞、活塞環和汽缸表面的設計，加強機油控制，減少從氣門推桿泄漏機油等措施來實現。
（2）推遲噴射時期
配合高壓噴射，有效地推遲噴射時期，由此縮短著火延遲期；同時，通過高壓噴射強制霧化，結合燃燒室內的氣流特性促進擴散燃燒速率，縮短整個燃燒期間，從而在不改變經濟性的條件下，有效地降低nox排放。
（3）使用縮口低排放型燃燒室
結合燃燒室結構形狀的合理設計，利用壓縮過程和膨脹過程中燃燒室內的氣流特性，保證擴散燃燒階段具有較強的氣流強度及其保持性，促進擴激燃燒速率。
（4）采用egr技術
通過egr和噴射壓力以及噴射時刻的協調控制，可以有效地抑制預混合燃燒階段的放熱速率和燃燒溫度，達到有效控制nox排放的目的，同時結合高壓噴射及燃燒室內的氣流特性，促進擴散燃燒，由此改善燃油經濟性和碳煙排放。
（5）提高噴油壓力和減小噴孔直徑
提高噴油壓力和減小噴孔直徑可明顯地降低 pm 的排放。為了避免高壓噴射導致的 nox 的增加，要求適當降低空氣渦流運動，提高壓縮比和可變定時 燃油噴射與其相適應。高壓噴油系統需要和燃 燒室良好配合， 以避免過多燃油噴射到汽缸的冷表面上，減少 hc 和 pm 中 sof(有機可溶物)的排放； 同時減少噴嘴壓力室容積或采用無壓力室噴油嘴，能使 pm 和 hc 排放大大減少；通過燃油噴射率的優化，如采用雙彈簧噴油器，可降低 pm 和 nox 的排放。
（6）共軌式噴油系統
可在柴油發電機運轉的整個特牲曲線范圍內改變噴油過程。如德國bosch公司開發的共軌噴射系統，可自由選擇噴油壓力，高精度控制噴油量，靈活控制噴油定時，并可靈活進行預噴射和多級噴射，對顆粒和煙度的降低很有利。在采用共軌多級噴射系統和電控噴油器的柴油發電機試驗中觀察到，由于分段噴射加強了空氣的卷吸和紊流，加強了燃油和空氣的混合，可明顯降低煙度。電子控制柴油發電機高壓噴射技術(如電控高壓共軌噴射)的應用可使柴油發電機通過最佳噴油定時、最佳噴油率和預噴射，與發動機轉速、負荷之間的關系進行連續調節，使顆粒排放降低40%以上，并且發動機過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。電控高壓噴射控制對噴油規律進行控制，能根據發動機運行工況實現最佳噴油，同時通過控制預混合燃燒與擴散燃燒的比例，可同時降低有害排放和控制發動機的空燃比，有利于實現有效的機外凈化措施。
電控高壓共軌式燃油系統
2、采用增壓中冷技術
（1）普通的增壓中冷
柴油發電機采用進氣增壓技術后，由于壓縮溫度升高，在動力性與經濟性提高的同時，nox的排量也必然增加。但增壓柴油發電機在采用中冷技術以后，增壓空氣在進入氣缸以前被冷卻，在一定程度上可以抑制nox的排放。廢氣渦輪增壓提高了汽缸內平均有效壓力、過量空氣系數和整個循環的平均溫度，可使柴油發電機顆粒物的排放量降低50%左右，并減少co和ch的排放。利用中冷技術，no的排放量可降低60%-70%。廢氣渦輪增壓中冷技術的應用大大提高了柴油發電機的動力性、改善了燃油經濟性，并且還在降低發電機組排放有害物、減少溫室效應氣co2、保護環境等方面起到了重要作用。為使柴油發電機滿足歐洲i、ⅱ法規，渦輪增壓中冷技術是一個很好的技術方案；為滿足更高的排放法規歐洲ⅲ、ⅳ的要求，則必須采用電控可變噴嘴渦輪增壓器。隨著渦輪增壓器技術和其他先進發動機技術的進一步發展，柴油發電機將會成為真采用柴油電控高壓噴射技術。柴油電控技術已從第一代的位置控制、第二代的時間控制發展到今天的共軌式電控高壓噴射。
（2）采用可變壓縮比技術
可變增壓的目的就是在不同轉速下盡可能達到最佳的增壓效果。發動機增壓，實際上就是提高進氣密度，這不僅能夠增加壓縮終了的壓力和溫度，有利于縮短著火延遲期，而且對一定的噴射系統，噴注的錐角加大，貫穿距離縮短，有利于改善霧化特性。因此，增壓與高壓噴射系統的優化，可進一步改善放熱規律。
一般發動機的壓縮比是不可變動的，因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數，在設計中已經定好。不過，為了使得現代發動機能在各種變化的工況中發揮更好的效率，以變對變來改善發動機的運行性能。其中氣門可變驅動技術早已實現，做為重要參數的壓縮比，也有人嘗試由固定不變改為“隨機應變”。近年紳寶(saab)開發的svc發動機以改變壓縮比來控制發動機的燃油消耗量。它的核心技術就是在缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發生變化，改變燃燒室的客積，從而改變壓縮比。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發動機小負荷時采用高壓縮比以節約燃油；在發動機大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現大功率和高扭矩輸出。紳寶svc發動機是1.6l5缸發動機，每缸缸徑68mm，活塞行程88mm，最大功率166kw，最大扭矩305n·m，綜合油耗比常規發動機降低了30%，并且滿足歐洲ⅳ號排放標準。
3、進氣系統的優化。
對進氣系統進行優化設計， 主要目的是在提高充氣效率的同時，合理組織進氣渦流， 以利于混合氣的形成，提高燃燒速率，并盡量減少 nox 的生成。提高渦流比可使燃燒加速并且完全，其結果可導致缸內最高燃燒壓力與溫度的升高，從而使nox的排放明顯增加；若減少進氣渦流的強度雖可減少nox的排放，但又勢必會犧牲柴油發電機的動力性和經濟性。因此，可采用可變渦流進氣道技術使渦流比在0.2-2.5范圍內變化，以兼顧柴油發電機在整個工況范圍內務個方面的性能。但采用可變渦流進氣道技術存在著結構復雜和成本較高的問題，因而限制了該技術的推廣。
4、改進潤滑系統設計
減少潤滑油轉化為50%，可有效降低柴油發電機的pm排放。增加活塞環壓力，減少裙部間隙，優化活塞環形狀設計，提高汽缸套圓度及改進進氣門挺桿的密封等措施，可有效地降低潤滑油消耗量，使串漏的潤滑油有效地燃燒，也可有效地降低排放。
5、采用多氣門技術
在柴油發電機上采用多氣門技術是滿足更嚴格排放指標的有效途徑。由于缸蓋上的噴油嘴和活塞上的燃燒室凹坑布置在氣缸中央，從而優化了進氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器的冷卻條件，并可實現渦流比在不同轉速下的變化，這使混和氣的形成進一步優化，因而在提高動力性和經濟性的同時減少了nox排放，但增加了成本和結構的復雜性。例如采用四氣門技術的缸蓋，可優化噴嘴位置，使其垂直置于燃燒室中央?；钊數娜紵野伎右餐瑯犹幱谥行奈恢没蛐D對稱位置，這樣就可在活塞頂燃燒室凹坑內形成均勻的氣流，多孔噴嘴噴出的油束處于沿任何方向流量均等的理想狀態，從而改善了進氣渦流和油霧分布的均勻性，達到了最佳的空氣利用率和降低顆粒排放的效果。四氣門結構不僅能提高發動機功率，而且改善了活塞和噴油器的冷卻條件，可在不同轉速下實現渦流比可變，優化了燃燒
在日常使用智能柴油發電機時，如何有效進行維護？
發電機組無刷同步發電機的結構是怎么樣的呢
如何做好康明斯柴油發電機組運轉前的檢查工作？
什么是發電機的自動穩壓器？
保養400KW沃爾沃發電機組時5個誤區,你中招了沒？
柴油發電機組機油的粘度指數是什么？是不是溫度越高越好？
柴油發電機診斷儀診斷5尿素系統故障
柴油發電機組三級保養需要檢查的十大事項
隨著經濟的發展，發電機組逐漸成為大氣排放污染物的主要來源，使得對柴油發電機排放的控制更為緊迫。因為柴油發電機排放出大量的微粒物質(pm)和氮氧化物(nox)，所以微粒物質和氮氧化物這兩種排放物的減少也成為柴油發電機排放控制的關鍵。主要目標是為了有效降低nox的排放，研究了電控egr系統總體構造、控制策略，建立了一套有效的egr控制系統，并在對同時降低nox和pm的方法進行了相關探討。 本文以電控技術和egr技術為基礎，根據多個工況的試驗，制取了egr最佳控制map圖，并通過試驗表明，egr電控系統和發動機相匹配良好，egr電控系統能夠在合理控制pm排放的基礎上切實有效的降低nox的排放，并且發動機的動力性和經濟性無明顯惡化。
根據柴油發電機的混合氣形成和燃燒特點，以及其有害排放物的產生機理，柴油發電機燃燒過程或有害排放物的控制策略主要體現在放熱規律的控制上，如圖6-8所示。從控制柴油發電機燃燒噪聲及nox排放物的角度而言，應盡可能降低預混合燃燒階段的放熱速率；而從改善動力性、經濟性及碳煙排放的角度而言，應提高擴散燃燒速度，由此縮短整個燃燒期間，使燃燒過程及時又完全。柴油發電機機內凈化的核心是對燃燒過程進行優化，使發動機達到混合均勻、燃燒充分、工作柔和、啟動可靠、排放較少的要求。采取機內凈化是治本之舉， 它是通過改進柴油發電機結構參數或者增加附加裝置來改善燃燒性能，進而達到減少 nox 排放的目的。所以，控制柴油發電機燃燒過程的主要措施如下：
放熱規律的控制策略
1、改進燃燒系統
改進燃燒系統指的是燃燒室的形狀、供油系統、進氣流動的最佳匹配。應保證在發動機整個工況范圍內，燃油在燃燒室中均勻分布，有合適的氣體流動，有合理的噴油規律。這一措施有可能同時實現降低pm和nox的排放的目的。如高壓共軌、泵噴油器等，噴射壓力高達100～250mpa，可實現預噴射和多段噴射，由此提高放熱規律的控制自由度，有效地限制預混合燃燒放熱率，促進擴散燃燒速率。
（1）電噴技術
采用電控制噴油泵、電控泵噴嘴、電子調速器、可變渦流系統、多氣門化和中央配置噴油器等措施，既可改善柴油發電機性能，又可降低柴油發電機尾氣排放物，尤其是顆粒pm物質的排放。防止機油串入燃燒室。由于柴油發電機排放顆粒狀物質的相當部分，是由串入燃燒室的機油的不完全燃燒造成的，所以應盡可能地減少串機油量。防止和減少機油串入燃燒室，應通過加強機體剛度，改善汽缸蓋與機體的連接，減少汽缸工作面的變形，改善活塞、活塞環和汽缸表面的設計，加強機油控制，減少從氣門推桿泄漏機油等措施來實現。
（2）推遲噴射時期
配合高壓噴射，有效地推遲噴射時期，由此縮短著火延遲期；同時，通過高壓噴射強制霧化，結合燃燒室內的氣流特性促進擴散燃燒速率，縮短整個燃燒期間，從而在不改變經濟性的條件下，有效地降低nox排放。
（3）使用縮口低排放型燃燒室
結合燃燒室結構形狀的合理設計，利用壓縮過程和膨脹過程中燃燒室內的氣流特性，保證擴散燃燒階段具有較強的氣流強度及其保持性，促進擴激燃燒速率。
（4）采用egr技術
通過egr和噴射壓力以及噴射時刻的協調控制，可以有效地抑制預混合燃燒階段的放熱速率和燃燒溫度，達到有效控制nox排放的目的，同時結合高壓噴射及燃燒室內的氣流特性，促進擴散燃燒，由此改善燃油經濟性和碳煙排放。
（5）提高噴油壓力和減小噴孔直徑
提高噴油壓力和減小噴孔直徑可明顯地降低 pm 的排放。為了避免高壓噴射導致的 nox 的增加，要求適當降低空氣渦流運動，提高壓縮比和可變定時 燃油噴射與其相適應。高壓噴油系統需要和燃 燒室良好配合， 以避免過多燃油噴射到汽缸的冷表面上，減少 hc 和 pm 中 sof(有機可溶物)的排放； 同時減少噴嘴壓力室容積或采用無壓力室噴油嘴，能使 pm 和 hc 排放大大減少；通過燃油噴射率的優化，如采用雙彈簧噴油器，可降低 pm 和 nox 的排放。
（6）共軌式噴油系統
可在柴油發電機運轉的整個特牲曲線范圍內改變噴油過程。如德國bosch公司開發的共軌噴射系統，可自由選擇噴油壓力，高精度控制噴油量，靈活控制噴油定時，并可靈活進行預噴射和多級噴射，對顆粒和煙度的降低很有利。在采用共軌多級噴射系統和電控噴油器的柴油發電機試驗中觀察到，由于分段噴射加強了空氣的卷吸和紊流，加強了燃油和空氣的混合，可明顯降低煙度。電子控制柴油發電機高壓噴射技術(如電控高壓共軌噴射)的應用可使柴油發電機通過最佳噴油定時、最佳噴油率和預噴射，與發動機轉速、負荷之間的關系進行連續調節，使顆粒排放降低40%以上，并且發動機過渡工況的排放性能也可得到顯著改善。電控高壓噴射控制對噴油規律進行控制，能根據發動機運行工況實現最佳噴油，同時通過控制預混合燃燒與擴散燃燒的比例，可同時降低有害排放和控制發動機的空燃比，有利于實現有效的機外凈化措施。
電控高壓共軌式燃油系統
2、采用增壓中冷技術
（1）普通的增壓中冷
柴油發電機采用進氣增壓技術后，由于壓縮溫度升高，在動力性與經濟性提高的同時，nox的排量也必然增加。但增壓柴油發電機在采用中冷技術以后，增壓空氣在進入氣缸以前被冷卻，在一定程度上可以抑制nox的排放。廢氣渦輪增壓提高了汽缸內平均有效壓力、過量空氣系數和整個循環的平均溫度，可使柴油發電機顆粒物的排放量降低50%左右，并減少co和ch的排放。利用中冷技術，no的排放量可降低60%-70%。廢氣渦輪增壓中冷技術的應用大大提高了柴油發電機的動力性、改善了燃油經濟性，并且還在降低發電機組排放有害物、減少溫室效應氣co2、保護環境等方面起到了重要作用。為使柴油發電機滿足歐洲i、ⅱ法規，渦輪增壓中冷技術是一個很好的技術方案；為滿足更高的排放法規歐洲ⅲ、ⅳ的要求，則必須采用電控可變噴嘴渦輪增壓器。隨著渦輪增壓器技術和其他先進發動機技術的進一步發展，柴油發電機將會成為真采用柴油電控高壓噴射技術。柴油電控技術已從第一代的位置控制、第二代的時間控制發展到今天的共軌式電控高壓噴射。
（2）采用可變壓縮比技術
可變增壓的目的就是在不同轉速下盡可能達到最佳的增壓效果。發動機增壓，實際上就是提高進氣密度，這不僅能夠增加壓縮終了的壓力和溫度，有利于縮短著火延遲期，而且對一定的噴射系統，噴注的錐角加大，貫穿距離縮短，有利于改善霧化特性。因此，增壓與高壓噴射系統的優化，可進一步改善放熱規律。
一般發動機的壓縮比是不可變動的，因為燃燒室容積及氣缸工作容積都是固定的參數，在設計中已經定好。不過，為了使得現代發動機能在各種變化的工況中發揮更好的效率，以變對變來改善發動機的運行性能。其中氣門可變驅動技術早已實現，做為重要參數的壓縮比，也有人嘗試由固定不變改為“隨機應變”。近年紳寶(saab)開發的svc發動機以改變壓縮比來控制發動機的燃油消耗量。它的核心技術就是在缸體與缸蓋之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發生變化，改變燃燒室的客積，從而改變壓縮比。其壓縮比范圍可從8：1至14：1之間變化。在發動機小負荷時采用高壓縮比以節約燃油；在發動機大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現大功率和高扭矩輸出。紳寶svc發動機是1.6l5缸發動機，每缸缸徑68mm，活塞行程88mm，最大功率166kw，最大扭矩305n·m，綜合油耗比常規發動機降低了30%，并且滿足歐洲ⅳ號排放標準。
3、進氣系統的優化。
對進氣系統進行優化設計， 主要目的是在提高充氣效率的同時，合理組織進氣渦流， 以利于混合氣的形成，提高燃燒速率，并盡量減少 nox 的生成。提高渦流比可使燃燒加速并且完全，其結果可導致缸內最高燃燒壓力與溫度的升高，從而使nox的排放明顯增加；若減少進氣渦流的強度雖可減少nox的排放，但又勢必會犧牲柴油發電機的動力性和經濟性。因此，可采用可變渦流進氣道技術使渦流比在0.2-2.5范圍內變化，以兼顧柴油發電機在整個工況范圍內務個方面的性能。但采用可變渦流進氣道技術存在著結構復雜和成本較高的問題，因而限制了該技術的推廣。
4、改進潤滑系統設計
減少潤滑油轉化為50%，可有效降低柴油發電機的pm排放。增加活塞環壓力，減少裙部間隙，優化活塞環形狀設計，提高汽缸套圓度及改進進氣門挺桿的密封等措施，可有效地降低潤滑油消耗量，使串漏的潤滑油有效地燃燒，也可有效地降低排放。
5、采用多氣門技術
在柴油發電機上采用多氣門技術是滿足更嚴格排放指標的有效途徑。由于缸蓋上的噴油嘴和活塞上的燃燒室凹坑布置在氣缸中央，從而優化了進氣渦流和油霧分布以及活塞與噴油器的冷卻條件，并可實現渦流比在不同轉速下的變化，這使混和氣的形成進一步優化，因而在提高動力性和經濟性的同時減少了nox排放，但增加了成本和結構的復雜性。例如采用四氣門技術的缸蓋，可優化噴嘴位置，使其垂直置于燃燒室中央?；钊數娜紵野伎右餐瑯犹幱谥行奈恢没蛐D對稱位置，這樣就可在活塞頂燃燒室凹坑內形成均勻的氣流，多孔噴嘴噴出的油束處于沿任何方向流量均等的理想狀態，從而改善了進氣渦流和油霧分布的均勻性，達到了最佳的空氣利用率和降低顆粒排放的效果。四氣門結構不僅能提高發動機功率，而且改善了活塞和噴油器的冷卻條件，可在不同轉速下實現渦流比可變，優化了燃燒
在日常使用智能柴油發電機時，如何有效進行維護？
發電機組無刷同步發電機的結構是怎么樣的呢
如何做好康明斯柴油發電機組運轉前的檢查工作？
什么是發電機的自動穩壓器？
保養400KW沃爾沃發電機組時5個誤區,你中招了沒？
柴油發電機組機油的粘度指數是什么？是不是溫度越高越好？
柴油發電機診斷儀診斷5尿素系統故障
柴油發電機組三級保養需要檢查的十大事項